Возможно ли выполнить качественный реверс-инжиниринг и топологическую оптимизацию, используя только Российское оборудование и ПО?

Всем доброго дня, уважаемые читатели!

Едва ли не каждый день мы слышим и читаем о новых прорывах в направлении 3D-печати и 3D-сканирования. Заявляется, что ведущие компании из самых разных отраслей инвестируют большие деньги в 3D-печать и изготовляют сложнейшие конструкции, причём экономя время и деньги. Но так ли это на самом деле? И - может ли сегодня обычное российское предприятие, у которого нет баснословного бюджета, внедрить у себя данные технологии и получить выгоду? На этот вопрос мы постараемся ответить в данной статье.

Рисунок 1 - Оригинальная деталь

Если обратиться к статистике, то надо отметить два момента. Во-первых, мировой рынок 3D-продукции (сканеры, принтеры) растёт быстрее, чем прогнозировали. Это говорит о высоком спросе, который, видимо, стал оправдывать ожидания.

С другой стороны, Россия пока в стороне от этого праздника жизни - на нашу страну приходится не более 5-10% промышленных установок. Вероятно, предприятия экономят деньги и предпочитают не рисковать. Возможно, причина лежит намного глубже...

Чтобы оценить, насколько оправданы эти сомнения, мы поставили задачу, которую очень сложно решить без 3D-сканера и принтера. Для эксперимента мы взяли деталь - среднего размера - и решили создать ее копию. И чтобы задача не казалась легкой, обсуловились использовать только российское оборудование (причём, не любое, а доступное) и отечественное ПО. Помогали нам в этом компании Picaso 3D, RangeVision и APM.

1. Сканирование

Итак, мы начали со сканирования. Сканером фирмы RangeVision (Россия) сняли поверхности детали. Их количество получилось в районе 60. Точность - до 0,05 мм. Форма детали сложная, поэтому каждый скан содержал только фрагмент детали. Совместили снимки в единую модель в ПО того же производителя. На все процедуры у нас ушло часа 2-3.

Рисунок 2 - Фрагмент скана

Рисунок 3 - Объединенные фрагменты сканирования

Рисунок 4 - Модель после процедуры 'Сшивки'

Далее, обнаружили, что в глубоких отверстиях и в местах, где металл бликует или не достает, сканер не справился. (Стоит отметить, что это всего пятая отсканированная нами модель по счету, поэтому возможно указанных огрешностей можно было избежать). Далее, мы воссоздали модель в трёхмерном редакторе Компас-3D.

Рисунок 5 - Воссозданная 3D-Модель рычага до оптимизации, спроектированного по отсканированной модели

Воссозданную модель уже можно изготовить. Если у вас нет 3D-принтера, способного печатать металлическими порошками, можно использовать проверенные технологии - например, литьё. Модель для литья можно распечатать на том же принтере. Однако, мы пошли по другому пути и распечатали прототип детали из пластика на российском 3D-принтере Picaso3D PRO 250. Полученная модель после печати практически неотличима от оригинала.

2. Оптимизация

Что если пойти дальше и попробовать улучшить свойства детали? Копия бывает лучше оригинала, если в дело вступает оптимизация. Мы импортировали модель в APM Structure3D (Российская разработка), задали область проектирования, нагрузки и закрепления, и получили новую конструкцию. Результат нас удивил: податливость, напряжения и масса детали снизились. И теперь уже новую модель мы также попробовали напечатать.

Рисунок 6 - Сетка модели

Рисунок 7 - Напряжения и деформации детали до оптимизации

Рисунок 8 - Область оптимизации

Рисунок 9 - Результат оптимизации, предложенный ПО

Рисунок 10 - 3D-Модель рычага до оптимизации, спроектированного по отсканированной модели

Рисунок 11 - Сетка модели после оптимизации

Рисунок 12 - Напряжения и деформации детали после оптимизации

В результате улучшения свойств детали, нам удалось снизить массу на 82 г. Благодаря оптимизированной форме, снизились так же напряжения и деформации.

3. Печать

После проведенного исследования, мы решили напечатать наши модели для большей наглядности.

Рисунок 13 - 3D-Модели рычага: после сканирования, спроектированная по скану, оптимизированная

Рисунок 14 - Подготовка 3D-Модели рычага перед печатью

Рисунок 15 - Напечатанные 3D-Модели рычага: оригинал, до оптимизации, после оптимизации

4. Выводы

Получилось, что с помощью только российского оборудования и ПО можно делать подобные - а значит, и более смелые - вещи. Обновлять, улучшать существующие конструкции, снижать расходы и материалоемкость, предлагать лучший продукт клиентам.

Остаётся вопрос: а как быть с 3Д печатью из металла? Возможно ли это и насколько сложно и доступно?

Такой опыт у нас тоже есть, правда, из более раннего проекта. К нам обратились с просьбой спроектировать имплантат для хирургии. Тот же сканер, только из пластика мы печатали прототип, а сам имплантат напечатали по той же самой модели, но уже из титана ВТ-6, который используют в протезировании. Себестоимость этой детали, конечно, высокая, но для ответственных деталей или имплантов, вполне приемлемая. Вопрос только в наличии оборудования для печати металлами - и здесь наши производители, пока ничего толкового не предлагают. Импортные машины имеют высокую стоимость, как и расходные материалы.

Статью подготовили:

Хрыков Сергей (APM) - https://vk.com/sergey.khrykov

Родин Артём - https://vk.com/artirodin

***

Больше интересных событий и проектов - Instagram

Добавляйся в ВК - VK